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古生代的第二个纪,约开始于5亿年前,结束于4.4亿年前。在此期间形成的地层称奥陶系,位于寒武纪之上,志留纪之下。奥陶纪是英国地质学家C.拉普沃思于1879年用Ordovices命名的,Ordovices是威尔士地区的一古民族名,“奥陶”一词系Ordovices的日文汉语音译。奥陶纪包括原来属于A.塞奇威克命名的寒武纪和命名的志留系两地层的重复部分。奥陶纪名称的命名于1960年哥本哈根召开的第21届国际地质大会上正式通过。

基本介绍

奥陶纪海底样貌

奥陶纪海底样貌

奥陶纪(Ordovician Period,Ordovician,符号O),地质年代名称,是古生代的第二个纪(原始的脊椎动物出现),开始于距今5亿年,延续了6500万年。奥陶纪开始于同位素年龄488.3±1.7Ma(Million Anniversary,百万年、),结束于443.7±1.5Ma。
奥陶纪海底(赵闯 绘)

奥陶纪海底(赵闯 绘)

奥陶纪在地质学上,是古生代中5.1亿年~4.38亿年前这段时间,可分为三个时期——奥陶纪早期(早奥陶世,5.1亿年~4.78亿年前),奥陶纪中期(中奥陶世,4.78亿年~4.53亿年前)和奥陶纪晚期(晚奥陶世,4.53亿年~4.38亿年前)。
奥陶纪是历史上海侵最广泛的时期之一,世界许多地区都广泛分布有海相地层。在板块内部的地台区,海水广布,表现为滨海浅海碳酸盐岩的普遍发育,在板块边缘的活动地槽区,为较深水环境,形成厚度很大的浅海、深海碎屑沉积和火山喷发沉积。奥陶纪末期曾发生过一次规模较大的冰期,其分布范围包括非洲(特别是北非)、南美的阿根廷和玻利维亚以及欧洲西班牙法国南部等地。

名称来源

“奥陶”(Ordovices)一词由英国地质学家拉普沃思(C.Lapworth)于1879年提出,代表露出于英国阿雷尼格(Arenig)山脉向东穿过北威尔士的岩层,位于寒武系志留系岩层之间。因该地区是古奥陶部族的居住地,故得名。奥陶纪的命名于1960年在哥本哈根召开的第21届国际地质大会上正式通过。其中文名称源自旧时日本使用日语汉字音读的音译名“奥陶纪”(音读:オードーキ,罗马字:oo doo ki)。

地质特征

地质活动

奥陶纪中期海陆分布图

奥陶纪中期海陆分布图

奥陶纪是地史上大陆地区遭受广泛海侵的时代,是火山活动地壳运动比较剧烈的时代,也是气候分异、冰川发育的时代。奥陶纪是海生无脊椎动物真正达到繁盛的时期,也是这些生物发生明显的生态分异的时期。在奥陶纪后期,各大陆上不少地区发生重要的构造变动岩浆活动和热变质作用,使得这些活动区的部分地区褶皱成为山系,从而在一定程度上改变了地壳构造和古地理轮廓。
科学家认为,奥陶纪时期,各大陆相对于两极的位置和大陆之间的相对位置都曾发生过重要的改变。当时,西伯利亚中北部、加拿大北部的部分地区、中国北部和澳大利中西部都属于干热气候的地区;相反,北非的撒哈拉沙漠、南非开普地区曾经覆盖着厚厚的冰层,属于寒冷气候地区。这说明,奥陶纪时,古南极在而今的撒哈拉沙漠以南,古北极位于南太平洋,古赤道恰好穿过西伯利亚中西部和中亚一带,经加拿大西部向南太平洋岸南下。
中国的海侵是在海域延续下来的。扬子地台和中朝地台西部边缘地带,在中、晚寒武世或早奥陶世略有上升,奥陶纪早期地层缺失,较新的奥陶纪地层与寒武系呈假整合接触。在中朝地台的中部、东部和扬子地台,奥陶纪地层与寒武纪地层皆呈整合接触。中奥陶世之后中朝地台上升为陆地,除西部边缘地区外,晚奥陶世没有沉积。奥陶纪加里东运动在地台区表现为频繁的震荡运动,地槽区有较多的火山喷发岩、中基性和中酸性火山岩,如北方地槽区。祁连山地槽区火山活动有两个时期,一是早奥陶世中期,另一是晚奥陶世。
欧亚大陆上有4个稳定的地台区,即俄罗斯地台东欧地台)、西伯利亚地台和规模较小的中朝地台、扬子地台。印度半岛阿拉伯半岛也属稳定区,但其还包括在南大陆的范围。前述4个地台,除少数地区外,基本上被海水侵入,形成浅海水域,地台的周围被地槽区所围绕。俄罗斯地台和扬子地台的南缘,呈东西向条带状的海域即古地中海。古地中海的南缘止于非洲北部、阿拉伯半岛中部、伊朗南部和印度半岛北部,向南经中南半岛与澳大利亚东部及北部奥陶纪的海域相连,更南可能伸延到南极地区。北美大部为地台浅海地区,沉积以石英砂岩页岩和碳酸盐岩为主,厚度不大。北美大陆的东西两侧为地槽区的海域,西部以碎屑岩和碳酸盐岩为主,东部以硬砂岩泥岩火山岩为主。南美的西部太平洋沿岸地带为地槽海域,北部的中部为地台浅海海域。南大陆的周围边缘地带皆被地槽区或地台型海域所围绕,非洲、印度半岛澳大利亚西南部、南美东部和南极洲的东部皆为陆地。
奥陶纪早、中期继承了寒武纪的气候,气候温暖、海侵广泛;奥陶纪晚期南大陆的西部发生了大规模的大陆冰盖冰海沉积,代表寒冷的极地气候。按古地磁数据,奥陶纪南极应位于而今北非西北部,这与非洲冰碛层的分布应位于南极圈内的解释是吻合的。南大陆的东部仍处于赤道附近。北美、西伯利亚和中国华北地区蒸发岩沉积,推测为干热气候环境,属于低纬度地区。奥陶纪北极应位于南太平洋,大陆地区基本上位于南半球,从沉积物来判断,当时南半球的气候分带比较明显。由于晚奥陶世末期大冰期的存在,同时影响全球海平面的下降,并引起广泛的海退

矿产遗留

中国云南东北部中奥陶世早期或早奥陶世晚期的巧家组鲕状赤铁矿,华北马家沟组峰峰组不同层位有磁铁矿赤铁矿。这种铁矿的成因与中生代侵入岩侵入奥陶纪的富镁围岩有关。华北区峰峰组下段产硬石膏石膏层石灰岩白云岩等作为石灰、水泥、熔剂的材料,在华北区奥陶系层位多,分布较广。以奥陶纪地层作为运移、储存条件的矿产还有石油和丰富的地下水资源。

生物特征

奥陶纪主要海洋生物食物网结构图

奥陶纪主要海洋生物食物网结构图

奥陶纪气候温和,浅海广布,世界许多地区(包括我国大部分地区)都被浅海海水掩盖,海生生物空前发展,较寒武纪更为繁盛。化石以三叶虫笔石(Graptolites)、腕足类、棘皮动物中的海林檎类(Cystoides)、软体动物中的鹦鹉螺类(Nautilites)最常见,苔藓虫牙形石腔肠动物中的珊瑚、棘皮动物中的海百合、节肢动物中的介形虫苔藓动物等也很多。节肢动物中的板足鲎类(Eutypterids)和脊椎动物中的无颌类[如甲胄鱼类(Os-tracoderms)]等均已出现。低等海生植物继续发展,淡水植物据推测可能在奥陶纪也已经出现。
淡水无颚鱼

淡水无颚鱼

在奥陶纪早期,约5亿年前,首次出现了可靠的陆生脊椎动物——淡水无颚鱼
奥陶纪中期,在北美落基山脉地区出现了原始脊椎动物异甲鱼类——星甲鱼和显褶鱼,在南半球的澳大利亚也出现了异甲鱼类。植物仍以海生藻类为主。
腕足动物在这一时期奥演化迅速,大部份的类群均已出现,无铰类、几丁质壳的腕足类逐渐衰退,钙质壳的有铰类则盛极一时;鹦鹉螺进入繁盛时期,它们身体巨大是奥陶纪的海洋中凶猛的肉食性动物;由于大量食肉类鹦鹉螺类的出现,为了防御,三叶虫在胸、尾长出许多针刺,以避免食肉动物的袭击或吞食。珊瑚中奥陶世开始出现,复体的珊瑚虽说还较原始,但已能够形成小型的礁体。由于海洋无脊椎动物的大发展,在前寒武纪时非常繁盛的叠层石在奥陶纪时急剧衰落。
奥陶纪时期的海洋生物是现代动物的最早祖先。珊瑚和叫做星状动物的古老海星生长在洋底。海底的带壳动物包括与现代牡蛎有关的软体动物、看起来与软体动物相似的腕足动物和外壳卷曲的腹足动物头足类——现生鱿鱼的堂兄弟——快速游过海底搜寻猎物。但最大的新出现的动物是像萨卡班巴鱼这样的无颌类。无颌类,例如发观于南美的萨卡班巴鱼,是地球上最早的脊椎动物之一。这一时期仍然没有任何动物种类生活在陆地上。

典型生物

三叶虫

三叶虫

三叶虫

奥陶纪海洋里生活着500多种三叶虫。这虽然没有寒武纪时期的种类多,但其数量仍是巨大的。这是今天三叶虫化石如此普遍的原因之一。
三叶虫化石很容易找到,这不仅因为它们数量大,而且因为它们定期脱去外壳。随着动物的生长,外壳落入古海底,常常被掩埋,变成化石。从俄罗斯到摩洛哥到美国,在世界各地的海相岩石中已发现了几千种不同的三叶虫。有的长着长刺来抵御捕食动物,有的将眼睛长在长柄上,这样当它们埋在泥沙里的时候仍能看见外面。三叶虫能够在海底游泳或爬行。但它们防御捕食动物的方法可能像今天的犰狳一样,将带壳的身体蜷缩成球状。我们知道三叶虫被其他海洋生物捕食,因为我们经常发现三叶虫化石上有被咬的痕迹。有颌鱼类的兴起可能促使许多三叶虫灭绝。但有些三叶虫一直生存到2.51亿年前的最大灭绝性灾难发生的时候。

鱼类

最早的鱼类是无颌类。它们没有上下颌,嘴很宽,头的边缘长着奇怪的骨板。也许这些骨板是发电器官,用来感觉距离或电击捕食动物。无颌类的摄食方法是将含有微小动物和沉积物的水吸入口中。它们可能是尾巴向上在海底游泳。

笔石

笔石化石

笔石化石

笔石是奥陶纪最奇特的海洋动物类群,它们自早奥陶世开始即已兴盛繁育,分布广泛。笔石是一类微小的蠕虫状生物,它们像今天的珊瑚虫一样群体生活。整个笔石群体仅有5厘米长,它们漂流在海面上,吃浮游生物,和今天鲸类所吃的大量微小海洋生物是一样的。笔石对于科学家来说是特别重要的,因为它们在一个较长的时期里是逐渐变化的。科学家能够根据共同发现的笔石的种类判定其他海洋生物化石的年龄。

腕足动物

腕足动物在这一时期里演化迅速,大部分的类群均已出现,无铰类、几丁质壳的腕足类逐渐衰退,钙质壳的有铰类则盛极一时。腕足类乍看起来很像双壳类,但和它并没有多大关系,它们壳的大小和曲线都不相同。腕足类的铰合部喙,以肉柄固着。腕足类而今比较稀少,但在5亿年~4.5亿年前,它们远比双壳类常见。

牙形石

牙形石是什么?科学家在近140年的时间里一直在问这个问题。牙形石化石很小,只能在显微镜下研究。它们大多数形状像细长的圆锥,一些看起来像带尖的耙子或梳子,另一些像锯齿状的小棒或凹凸不平的刀刃,甚至还有的像树叶。它们是微小动物的壳还是稍大一些动物的牙齿?科学家还提出它们可能是鱼、蠕虫、或长有触手的动物的一部分。1995年,这个谜终于被解开了。产自苏格兰和南非的化石表明牙形石来自没有骨骼和上下颌的鱼形动物。这种动物体长可达5厘米,看起来像长着凸出的大眼睛和一条尾鳍的小鳗鱼。每一个体头的底部都有许多种牙形石,用来挖或咬。

直壳鹦鹉螺

鹦鹉螺进入繁盛时期,它们身体巨大,长可达1米以上,是奥陶纪的海洋中凶猛的肉食性动物;由于大量食肉类鹦鹉螺类的出现,为了防御,三叶虫在胸、尾部长出许多针刺,以避免食肉动物的袭击或吞食。

珊瑚

珊瑚自中奥陶世开始大量出现,复体的珊瑚虽说还较原始,但已能够形成小型的礁体。

苔藓虫

苔藓虫出现于奥陶纪早期,演化快,属种多。有枝状的尼可逊苔藓虫(Nicholsonella)、攀苔藓虫(Batostoma)、围块状的古神苔藓虫(Dianulites)和薄层状的变隐苔藓虫(Trepocryptopora)。这些具有石灰质或角质外壳的微小动物呈块状或树丛状群落生活在海底岩石或贝壳上。

双壳类

像现生蛤蜊一样的带壳动物,身体分成相同的两半。

时间特征

奥陶纪每日的时间为21小时,而非24小时。
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